Omkring 97 % af alle stjerner i vores univers er bestemt til at ende deres liv som hvide dværgstjerner, hvilket repræsenterer det sidste trin i deres udvikling. Ligesom neutronstjerner dannes hvide dværge, efter at stjerner har opbrugt deres kernebrændsel og gennemgår gravitationssammenbrud, hvorved de afgiver deres ydre lag for at blive superkompakte stjernerester. Dette vil være vores sols skæbne om milliarder af år fra nu, som vil svulme op og blive en rød kæmpe, før den mister sine ydre lag.
I modsætning til neutronstjerner, som stammer fra mere massive stjerner, var hvide dværge en gang omkring otte gange vores sols masse eller lettere. For forskere er tætheden og gravitationskraften af disse objekter en mulighed for at studere fysikkens love under nogle af de mest ekstreme forhold, man kan forestille sig. Ifølge ny forskning ledet af forskere fra Caltech er der fundet et sådant objekt, som er både den mindste og mest massive hvide dværg, der nogensinde er set.
Undersøgelsen, der beskriver forskerholdets resultater, dukkede op i 1. julistproblem af det videnskabelige tidsskriftNatur.Forskningen blev ledet af Ilaria Caiazzo , Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics ved Caltech, og inkluderede kolleger fra Caltech, University of British Columbia (UBC), UC Santa Cruz og Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel.
Kunstnerens indtryk af hvid dværg ZTF J1901+1458 over Månen i denne kunstneriske fremstilling; i virkeligheden ligger den hvide dværg 130 lysår væk i stjernebilledet Aquila. Kredit: Giuseppe Parisi
Denne hvide dværg, kendt som ZTF J190132.9+145808.7 (aka. ZTF J1901+1458), er placeret omkring 130 lysår fra Jorden og estimeres til at være 1,35 gange så massiv som vores sol. Imidlertid har denne hvide dværg en stjerneradius på omkring 1810 km (1.125 mi) – lidt større end Månen (1.737,4 km; 1.080 mi) – hvilket gør den til den mindsteogmest massive hvide dværg nogensinde observeret. Som Caiazzo forklarede i en nylig pressemeddelelse fra W.M Keck Observatory:
'Det kan virke kontraintuitivt, men mindre hvide dværge er tilfældigvis mere massive. Dette skyldes, at hvide dværge mangler den nukleare forbrænding, der holder normale stjerner op imod deres egen selvtyngdekraft, og deres størrelse er i stedet reguleret af kvantemekanikken.'
Denne hvide dværg har også et ekstremt magnetfelt, der spænder fra 600 til 900 MegaGauss (MG) over hele dens overflade, eller omkring 1 milliard gange stærkere end vores sols. Dette magnetfelt har en af de hurtigste rotationsperioder, der nogensinde er observeret i en isoleret hvid dværg, der pisker rundt om stjernens akse en gang hvert 6.94. minut. Hvad mere er, giver studiet af denne hvide dværg allerede astronomer indsigt i, hvordan binære systemer ender deres liv.
Denne nysgerrige hvide dværg blev oprindeligt opdaget af Kevin Burdge, en postdoktor ved Caltech og en medforfatter af den nylige undersøgelse. Baseret på skybilleder taget af Zwicky Transient Facility (ZTF) ved Caltechs Palomar Observatory, kombineret med data indhentet af ESA'sGaia Observatorium, blev det klart, at den hvide dværg også var meget massiv og havde en hurtig rotation.
Kunstnerens gengivelse af en hvid dværg fra overfladen af en kredsende exoplanet. Billedkredit: Madden/Cornell University
Yderligere karakteriseringer blev lavet ved hjælp af 200-tommer Hale-teleskop hos Palomar, den W. M. Keck Observatorium , det Panoramic Survey Telescope og Rapid Response System (PanSTARRS), ESA'erne Gaia Observatorium , og NASA'er Neil Gehrels Swift Observatory . Hvorimod spektre opnået af Keck's Billedspektrometer med lav opløsning (LRIS) afslørede signaturer af et kraftigt magnetfelt, ultraviolette data fra Swift hjalp med at begrænse størrelsen og massen af den hvide dværg.
Mellem dets stærke magnetfelt og syv minutters rotationshastighed begyndte Caiazza og hendes kolleger at tro, at ZTF J1901+1458 var resultatet af to mindre hvide dværge, der smeltede sammen til én. Omtrent 50 % af stjernerne i det observerbare univers er binære systemer, bestående af to stjerneledsager, der kredser om hinanden. Hvis disse stjerner er mindre end otte solmasser hver, vil de udvikle sig til hvide dværge, der til sidst smelter sammen og danner en mere massiv variant.
Denne proces booster magnetfeltet for den resulterende hvide dværg og fremskynder dens rotation sammenlignet med dens forfædres. Det ville også forklare, hvordan ZTF J1901+1458 formår at koncentrere en så betydelig masse til et volumen lidt mere end Månens. Derudover, sagde Caiazzo, teoretiserer de, at resten kan være massiv nok til at udvikle sig til en neutronstjerne på et tidspunkt:
'Vi fangede dette meget interessante objekt, der ikke var helt massivt nok til at eksplodere. Vi undersøger virkelig, hvor massiv en hvid dværg kan være. Dette er meget spekulativt, men det er muligt, at den hvide dværg er massiv nok til yderligere at kollapse til en neutronstjerne. Det er så massivt og tæt, at elektroner i sin kerne bliver fanget af protoner i kerner for at danne neutroner. Fordi trykket fra elektroner skubber imod tyngdekraften og holder stjernen intakt, kollapser kernen, når et stort nok antal elektroner fjernes.'
Hvis deres hypotese er korrekt, kan det betyde, at en betydelig del af andre neutronstjerner i vores galakse ikke startede deres liv som massive stjerner, men i stedet udviklede sig fra mindre dobbeltstjerner. Det nyfundne objekts nærhed til Jorden (~130 lysår) og det faktum, at det er relativt ungt (100 millioner år gammelt eller deromkring) er tegn på, at lignende objekter kan være almindelige i vores galakse.
I fremtiden håber Caiazzo og hendes kolleger at bruge ZTF til at finde flere hvide dværge som ZTF J1901+1458, såvel som mere generelt. Med en optælling af hvide dværge vil videnskabsmænd være i stand til at studere befolkningen som helhed og bestemme, hvor mange der var resultatet af massive stjerner, der oplevede en supernova, og hvor mange der var resultatet af binære ledsagere, der smeltede sammen nær slutningen af deres liv.
'Der er så mange spørgsmål at tage fat på, såsom hvad er hastigheden af hvide dværgfusioner i galaksen, og er det nok til at forklare antallet af type Ia supernovaer?' hun sagde. 'Hvordan genereres et magnetfelt i disse kraftfulde begivenheder, og hvorfor er der så stor variation i magnetfeltstyrker blandt hvide dværge? At finde en stor bestand af hvide dværge født fra fusioner vil hjælpe os med at besvare alle disse spørgsmål og mere.'
Yderligere læsning: W.M. Keck Observatorium , Natur
